高中物理第十八章原子结构第四节玻尔的原子模型课件新人教版选修3-.ppt

第十八章原子结构原子结构第四节玻尔的原子模型第四节玻尔的原子模型【素养目标定位素养目标定位】了解玻了解玻尔尔原子模型及能原子模型及能级级的概念的概念理解原子理解原子发发射和吸收光子的射和吸收光子的频频率与能率与能级级差的关系差的关系知道玻知道玻尔尔对氢对氢光光谱谱的解的解释释以及玻以及玻尔尔理理论论的局限性的局限性【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈玻尔原子理论的基本假设玻尔原子理论的基本假设1轨道假设轨道假设轨轨道道量量子子化化：原原子子中中的的电电子子在在_的的作作用用下下，绕绕原原子子核核做做圆圆周周运运动动，电电子子运运动动轨轨道道的的_不不是是任任意意的的，而而是是_化化的的。电电子子在在这这些些轨轨道道上上绕核的转动是绕核的转动是_的，不产生的，不产生_辐射。辐射。库仑力库仑力知识点知识点 1半径半径量子量子稳定稳定电磁电磁2定态假设定态假设(1)定定态态：当当电电子子在在不不同同的的轨轨道道上上运运动动时时，原原子子处处于于不不同同的的_。原原子子在在不不同同的的_中中具具有有不不同同的的能能量量，因因此此，原原子子的的能能量量是是_化化的的。这这些些_化化的的能能量量值值叫叫做做_，原原子子中中这这些些具具有有确确定定能能量量的的稳稳定定状状态态，称为称为_。(2)基态：能量最基态：能量最_的状态叫做基态。的状态叫做基态。(3)激发态：基态激发态：基态_的能量状态叫做激发态。的能量状态叫做激发态。状态状态状态状态量子量子量子量子能级能级定态定态低低之外之外3跃迁假设跃迁假设电电子子从从能能量量_的的定定态态轨轨道道跃跃迁迁到到能能量量_的的定定态态轨轨道道时时，会会向向外外辐辐射射能能量量，辐辐射射的的能能量量是是_的的，光光子子的的能能量量由由两两个个能能级级的的_决定。决定。hEmEn这这个个式式子子称称为为频频率率条条件件，也也叫叫辐辐射射条条件件，式式中中的的h为为普普朗朗克克常常量量，为为光光子子的的_。较高较高较低较低一份一份一份一份能量差能量差频率频率玻尔理论对氢光谱的解释玻尔理论对氢光谱的解释1氢原子的能级图氢原子的能级图知识点知识点 22解释巴耳末公式解释巴耳末公式(1)按按照照玻玻尔尔理理论论，原原子子从从高高能能级级(如如从从E3)跃跃迁迁到到低低能能级级(如如到到E2)时时辐辐射射的的光光子的能量为子的能量为h_。(2)巴巴耳耳末末公公式式中中的的正正整整数数n和和2正正好好代代表表能能级级跃跃迁迁之之前前和和之之后后所所处处的的_的的量量子子数数n和和2。并并且且理理论论上上的的计计算算和和实实验验测测量量的的_符合得很好。符合得很好。3解释气体导电发光解释气体导电发光通通常常情情况况下下，原原子子处处于于基基态态，基基态态是是最最稳稳定定的的，原原子子受受到到电电子子的的撞撞击击，有有可可能能向向上上跃跃迁迁到到_，处处于于激激发发态态的的原原子子是是_的的，会会自自发发地地向向能量较低的能级跃迁，放出能量较低的能级跃迁，放出_，最终回到基态。，最终回到基态。E3E2定态轨道定态轨道里德伯常量里德伯常量激发态激发态不稳定不稳定光子光子4解释氢原子光谱的不连续性解释氢原子光谱的不连续性原原子子从从较较高高能能级级向向低低能能级级跃跃迁迁时时放放出出光光子子的的能能量量等等于于前前后后_，由由于于原原子子的的能能级级是是_的的，所所以以放放出出的的光光子子的的能能量量也也是是_的的，因因此此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。原子的发射光谱只有一些分立的亮线。5解释不同原子具有不同的特征谱线解释不同原子具有不同的特征谱线不不同同的的原原子子具具有有不不同同的的结结构构，_各各不不相相同同，因因此此辐辐射射(或或吸吸收收)的的_也不相同。也不相同。两能级差两能级差分立分立分立分立能级能级光子频率光子频率玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性1玻尔理论的成功之处玻尔理论的成功之处玻尔理论第一次将玻尔理论第一次将_引入原子领域。引入原子领域。提提出出了了_和和_的的概概念念，成成功功解解释释了了_光光谱谱的的实实验验规规律。律。2玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性过过多多地地保保留留了了_理理论论，即即保保留留_的的观观念念，把把电电子子的的运运动动看做经典力学描述下的看做经典力学描述下的_运动。运动。量子观念量子观念知识点知识点 3定态定态跃迁跃迁氢原子氢原子经典经典经典粒子经典粒子轨道轨道3电子云电子云原原子子中中的的电电子子_确确定定的的坐坐标标值值，我我们们只只能能描描述述电电子子在在某某个个位位置置出出现现_的的多多少少，把把电电子子这这种种_分分布布用用疏疏密密不不同同的的点点表表示示时时，这这种种图图像像就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云。没有没有概率概率概率概率判一判判一判(1)玻玻尔尔认认为为电电子子运运动动轨轨道道半半径径是是任任意意的的，就就像像人人造造地地球球卫卫星星，能能量量大大一一些些，轨道半径就会大点。轨道半径就会大点。()(2)玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。玻尔认为原子的能量是量子化的，不能连续取值。()(3)处处于于基基态态的的原原子子是是不不稳稳定定的的，会会自自发发地地向向其其他他能能级级跃跃迁迁，放放出出光光子子。()(4)不不同同的的原原子子具具有有相相同同的的能能级级，原原子子跃跃迁迁时时辐辐射射的的光光子子频频率率是是相相同同的的。()(5)玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。玻尔的原子理论模型可以很好地解释氦原子的光谱现象。()(6)电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。电子的实际运动并不是具有确定坐标的质点的轨道运动。()思考辨析思考辨析选一选选一选(2020辽辽宁宁省省沈沈阳阳市市郊郊联联体体高高二二下下学学期期期期末末)如如图图所所示示是是氢氢原原子子从从n3、4、5、6能级跃迁到能级跃迁到n2能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是能级时辐射的四条光谱线，其中频率最大的是()AHBHCHDH解解析析：四四种种跃跃迁迁中中，由由n6到到n2两两能能级级间间能能级级差差最最大大，辐辐射射的的光光子子能能量量最大，辐射光子频率最大。所以其中频率最大的是最大，辐射光子频率最大。所以其中频率最大的是H，故，故D正确，正确，ABC错误。错误。D想一想想一想电电子子在在核核外外的的运运动动真真的的有有固固定定轨轨道道吗吗？玻玻尔尔理理论论中中的的轨轨道道量量子子化化又又如如何何解解释？释？答答案案：在在原原子子内内部部，电电子子绕绕核核运运动动并并没没有有固固定定的的轨轨道道，只只不不过过当当原原子子处处于于不同的定态时，电子出现在不同的定态时，电子出现在rnn2r1处的几率大。处的几率大。课内互动探究课内互动探究对玻尔理论的理解对玻尔理论的理解右图为分立轨道示意图。右图为分立轨道示意图。(1)电子的轨道有什么特点？电子的轨道有什么特点？(2)氢氢原原子子只只有有一一个个电电子子，电电子子在在这这些些轨轨道道间间跃跃迁迁时时伴伴随随什么现象发生？什么现象发生？提提示示：(1)电电子子的的轨轨道道是是不不连连续续的的，是是量量子子化化的的。(2)电电子子在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子。在轨道间跃迁时会吸收光子或放出光子。探究探究 一一 思考讨论思考讨论 1归纳总结归纳总结(多选多选)玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有玻尔在他提出的原子模型中所做的假设有()A原原子子处处在在具具有有一一定定能能量量的的定定态态中中，虽虽然然电电子子做做变变速速运运动动，但但不不向向外外辐辐射射能量能量B原原子子的的不不同同能能量量状状态态与与电电子子沿沿不不同同的的圆圆轨轨道道绕绕核核运运动动相相对对应应，而而电电子子的的可能轨道的分布是不连续的可能轨道的分布是不连续的C电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收或吸收)一定频率的光子一定频率的光子D电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率ABC典例典例 1典例剖析典例剖析解解题题指指导导：应应注注意意电电子子绕绕核核做做圆圆周周运运动动时时，不不向向外外辐辐射射能能量量，原原子子辐辐射射的的能量与电子绕核运动无关。能量与电子绕核运动无关。解解析析：A、B、C三三项项都都是是玻玻尔尔提提出出来来的的假假设设。其其核核心心是是原原子子定定态态概概念念的的引引入入与与能能级级跃跃迁迁学学说说的的提提出出，也也就就是是“量量子子化化”的的概概念念。原原子子的的不不同同能能量量状状态态与与电电子子绕绕核核运运动动时时不不同同的的圆圆轨轨道道相相对对应应，是是经经典典理理论论与与量量子子化化概概念念的的结结合合。电电子子跃跃迁迁时时辐辐射射的的光光子子的的频频率率与与能能级级差差有有关关，与与电电子子绕绕核核做做圆圆周周运运动动的的频频率率无无关关，故故D错误，错误，A、B、C正确。正确。1(多选多选)由玻尔理论可知，下列说法中正确的是由玻尔理论可知，下列说法中正确的是()A电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波电子绕核运动有加速度，就要向外辐射电磁波B处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量处于定态的原子，其电子做变速运动，但它并不向外辐射能量C原子内电子的可能轨道是连续的原子内电子的可能轨道是连续的D原子的轨道半径越大，原子的能量越大原子的轨道半径越大，原子的能量越大解解析析：按按照照经经典典物物理理学学的的观观点点，电电子子绕绕核核运运动动有有加加速速度度，一一定定会会向向外外辐辐射射电电磁磁波波，很很短短时时间间内内电电子子的的能能量量就就会会消消失失，与与客客观观事事实实相相矛矛盾盾，由由玻玻尔尔假假设设可可知选项知选项A、C错，错，B正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项正确；原子轨道半径越大，原子能量越大，选项D正确。正确。BD对点训练对点训练氢原子跃迁的规律氢原子跃迁的规律根根据据玻玻尔尔原原子子结结构构理理论论，氦氦离离子子(He)的的能能级级图图如如图图所所示示。电电子子处处在在n3轨轨道道上上比比处处在在n5轨轨道道上上离离氦氦核核的的距距离离近近还还是是远远？当当大大量量He处处在在n4的的激激发发态态时时，由由于于跃跃迁迁所所发发射射的的谱谱线线共共有几条？有几条？提示：提示：近近6探究探究 二二 思考讨论思考讨论 21能级图的理解能级图的理解(1)能能级级图图中中n称称为为量量子子数数，E1代代表表氢氢原原子子的的基基态态能能量量，即即量量子子数数n1时时对对应应的能量，其值为的能量，其值为13.6 eV。En代表电子在第代表电子在第n个轨道上运动时的能量。个轨道上运动时的能量。(2)作作能能级级图图时时，能能级级横横线线间间的的距距离离和和相相应应的的能能级级差差相相对对应应，能能级级差差越越大大，间间隔隔越越宽宽，所所以以量量子子数数越越大大，能能级级越越密密，竖竖直直线线的的箭箭头头表表示示原原子子跃跃迁迁方方向向，长长度度表表示示辐辐射射光光子子能能量量的的大大小小，n1是是原原子子的的基基态态，n是是原原子子电电离离时时对对应应的的状状态。态。归纳总结归纳总结(3)氢氢原原子子从从高高能能级级向向n1,2,3的的能能级级跃跃迁迁时时发发出出的的光光谱谱线线分分别别属属于于赖赖曼曼系系，巴耳末系和帕邢系巴耳末系和帕邢系(如图如图)4使原子能级跃迁的两种粒子使原子能级跃迁的两种粒子光子与实物粒子光子与实物粒子(1)原原子子从从低低能能级级向向高高能能级级跃跃迁迁：吸吸收收一一定定能能量量的的光光子子，当当一一个个光光子子的的能能量量满满足足hE末末E初初时时，才才能能被被某某一一个个原原子子吸吸收收，使使原原子子从从低低能能级级E初初向向高高能能级级E末末跃跃迁，而当光子能量迁，而当光子能量h大于或小于大于或小于E末末E初初时都不能被原子吸收。时都不能被原子吸收。(2)原原子子还还可可吸吸收收外外来来实实物物粒粒子子(例例如如自自由由电电子子)的的能能量量而而被被激激发发，由由于于实实物物粒粒子子的的动动能能可可全全部部或或部部分分地地被被原原子子吸吸收收，所所以以只只要要入入射射粒粒子子的的能能量量大大于于或或等等于于两两能级的能量差值能级的能量差值(EEnEk)，就可使原子发生能级跃迁。，就可使原子发生能级跃迁。(3)当当光光子子能能量量大大于于或或等等于于13.6 eV时时，也也可可以以被被氢氢原原子子吸吸收收，使使氢氢原原子子电电离离；当当氢氢原原子子吸吸收收的的光光子子能能量量大大于于13.6 eV时时，氢氢原原子子电电离离后后，电电子子具具有有一一定定的的初初动动能。能。用用能能量量为为12.75 eV的的光光子子照照射射一一群群处处于于基基态态的的氢氢原原子子，已已知知氢氢原原子的基态能量子的基态能量E113.6 eV，普朗克常量，普朗克常量h6.631034 Js，求：，求：(1)这群氢原子的光谱共有几条谱线？这群氢原子的光谱共有几条谱线？(2)这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？这群氢原子发出的光子的最大频率是多少？(3)这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？这群氢原子发出的光子的最长波长是多少？典例典例 2典例剖析典例剖析答案：答案：(1)6条条(2)3.11015 Hz(3)1.884106 m2(多多选选)(2020福福建建省省“永永安安一一中中、德德化化一一中中、漳漳平平一一中中”三三校校协协作作高高二二下下学学期期联联考考)已已知知金金属属钙钙的的逸逸出出功功为为2.7 eV，氢氢原原子子的的能能级级图图如如图图所所示示。一一群群氢氢原原子处于量子数子处于量子数n4能级状态，则能级状态，则()A氢原子可能辐射氢原子可能辐射6种频率的光子种频率的光子B氢原子可能辐射氢原子可能辐射5种频率的光子种频率的光子C有有3种频率的辐射光子能使钙发生光电效应种频率的辐射光子能使钙发生光电效应D有有4种频率的辐射光子能使钙发生光电效应种频率的辐射光子能使钙发生光电效应AC对点训练对点训练解解析析：根根据据C6知知，氢氢原原子子可可能能辐辐射射6种种频频率率的的光光子子，故故A正正确确，B错错误误；金金属属钙钙的的逸逸出出功功为为2.7 eV，只只有有n4跃跃迁迁到到n1，n3跃跃迁迁到到n1，n2跃跃迁迁到到n1所辐射的光子能量大于逸出功，才能发生光电效应。故所辐射的光子能量大于逸出功，才能发生光电效应。故C正确，正确，D错误。错误。核心素养提升核心素养提升1注意一群原子和一个原子注意一群原子和一个原子氢氢原原子子核核外外只只有有一一个个电电子子，这这个个电电子子在在某某个个时时刻刻只只能能处处在在某某个个可可能能的的轨轨道道上上，在在某某段段时时间间内内，由由某某一一轨轨道道跃跃迁迁到到另另一一个个轨轨道道时时，可可能能的的情情况况只只有有一一种种，但但是是如如果果容容器器中中盛盛有有大大量量的的氢氢原原子子，这这些些原原子子的的核核外外电电子子跃跃迁迁时时就就会会有有各各种种情情况出现了。况出现了。2注意间接跃迁与直接跃迁注意间接跃迁与直接跃迁原原子子从从一一种种能能量量状状态态跃跃迁迁到到另另一一种种能能量量状状态态时时，有有时时可可能能是是直直接接跃跃迁迁，有有时可能是间接跃迁两种情况下辐射时可能是间接跃迁两种情况下辐射(或吸收或吸收)光子的频率可能不同。光子的频率可能不同。原子跃迁时需注意的几个问题原子跃迁时需注意的几个问题3注意跃迁与电离注意跃迁与电离hEmEn只只适适用用于于光光子子和和原原子子作作用用使使原原子子在在各各定定态态之之间间跃跃迁迁的的情情况况。对对于于光光子子和和原原子子作作用用使使原原子子电电离离的的情情况况，则则不不受受此此条条件件的的限限制制，这这是是因因为为原原子子一一旦旦电电离离，原原子子结结构构即即被被破破坏坏，因因而而不不再再遵遵守守有有关关原原子子结结构构的的理理论论。如如基基态态氢氢原原子子的的电电离离能能为为13.6 eV，只只要要能能量量大大于于或或等等于于13.6 eV的的光光子子都都能能被被基基态态的的氢氢原原子子吸吸收收而而发发生生电电离离，只只不不过过入入射射光光子子的的能能量量越越大大，原原子子电电离离后后产产生生的的自自由由电电子子的的动动能能越越大大。至至于于实实物物粒粒子子和和原原子子碰碰撞撞的的情情况况，由由于于实实物物粒粒子子的的动动能能可可全全部部或或部部分分地地被被原原子子吸吸收收，所所以以只只要要入入射射粒粒子子的的动动能能大大于于或或等等于于原原子子某某两两定定态态能能量量之之差差，就可使原子受激发而向较高能级跃迁。就可使原子受激发而向较高能级跃迁。(多多选选)欲欲使使处处于于基基态态的的氢氢原原子子激激发发或或电电离离，下下列列措措施施可可行行的的是是()A用用10.2 eV的光子照射的光子照射B用用11 eV的光子照射的光子照射C用用14 eV的光子照射的光子照射D用用11 eV的电子碰撞的电子碰撞案案 例例ACD解解析析：由由玻玻尔尔理理论论可可知知，氢氢原原子子在在各各能能级级间间跃跃迁迁时时，只只吸吸收收能能量量值值刚刚好好等等于于某某两两个个能能级级之之差差的的光光子子。由由氢氢原原子子能能级级图图知知道道10.2 eV刚刚好好等等于于n2和和n1两两能能级级之之差差，而而11 eV则则不不是是氢氢原原子子基基态态和和任任一一定定态态能能量量之之差差，故故处处于于基基态态的的氢氢原原子子只只吸吸收收前前者者，而而不不吸吸收收后后者者。对对于于14 eV的的光光子子其其能能量量大大于于氢氢原原子子的的电电离离能能(即即13.6 eV)。足足以以使使处处于于基基态态的的氢氢原原子子电电离离，使使电电子子成成为为自自由由电电子子，因因而而不不受受玻玻尔尔跃跃迁迁条条件件的的束束缚缚。用用电电子子去去碰碰撞撞氢氢原原子子时时，入入射射电电子子的的动动能能可可全全部部或或部部分分地地被被氢氢原原子子吸吸收收，所所以以如如果果入入射射电电子子的的动动能能大大于于基基态态和和某某个个激激发发态态的的能能量量之之差差，也也可使氢原子激发。故正确答案为可使氢原子激发。故正确答案为A、C、D。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/1 周一39